ES2276229T3 - Una valvula de mariposa controlada electronicamente provista con un resorte de espiral para establecer la posicion inicial flexible. - Google Patents
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Abstract
Una válvula de mariposa controlada electrónicamente (1) que comprende un cuerpo de válvula (2), un asiento de válvula (4) formado en el cuerpo de válvula (2), un disco de mariposa (5) adaptado para engranarse en el asiento de válvula (4), un árbol (6) sobre el que se enchaveta el disco de mariposa (5), un motor eléctrico (3) acoplado al árbol (6) mediante una transmisión de engranajes (8) que tiene un engranaje final (18) enchavetado sobre el árbol (6) para girar el disco de mariposa (5) entre una posición de máxima abertura y una posición cerrada del asiento de válvula (4), un resorte de espiral de retorno (35) adaptado para hacer girar el disco de mariposa (5) hacia la posición cerrada, y un resorte antagonista (36) adaptado para hacer girar el disco de mariposa (5) hacia una posición parcialmente abierta o una posición inicial flexible definida por un cuerpo de soporte (37) contra la acción del resorte de retorno (35), estando caracterizada la válvula de mariposa (1) porque el resorte antagonista (36) es un resorte de hoja plana y se monta sobre un miembro móvil (39) que se monta coaxialmente e intermedio sobre el árbol (6) y tiene una proyección (47) adaptada para engranarse apoyada contra el cuerpo de soporte (37), estando libre un extremo (44) del resorte antagonista (36) y terminando en una proyección (45) que se dispone para superponerse sobre la trayectoria seguida por un miembro (46) rígido con el engranaje final (18).
Description
Una válvula de mariposa controlada
electrónicamente provista con un resorte de hoja plana y un resorte
de espiral para establecer la posición inicial flexible.
La presente invención se refiere a una válvula
de mariposa controlada electrónicamente provista con un resorte de
hoja plana y un resorte de espiral para establecer la posición
inicial flexible.
Los motores de combustión interna accionados con
gasolina normalmente están provistos con una válvula de mariposa
que regula el flujo de aire suministrado a los cilindros.
Típicamente, la válvula de mariposa comprende un cuerpo de válvula
que alberga un asiento de válvula engranado mediante un disco de
mariposa que está enchavetado sobre un árbol para girar entre una
posición abierta y una posición cerrada bajo la acción de un motor
eléctrico conectado a este árbol mediante una transmisión de
engranajes. El árbol que lleva la válvula de mariposa está asociado
con un detector de posición que se adapta para detectar la posición
angular del árbol y, por lo tanto, de la válvula de mariposa para
permitir a una unidad de control que controle, mediante
retroalimentación, el motor eléctrico que determina la posición de
la válvula de mariposa.
La válvula de mariposa normalmente comprende un
resorte de espiral de retorno que se monta coaxialmente con el
árbol y se acopla mecánicamente al árbol para ejercer un par motor
sobre este árbol que tiende a dirigir el árbol hacia la posición
cerrada; y un resorte de espiral antagonista que se monta
coaxialmente con el árbol y se acopla mecánicamente al árbol para
ejercer un par motor sobre este árbol que tiende a dirigir el árbol
a una posición parcialmente abierta (denominada posición inicial
flexible) contra la acción del resorte de retorno y como resultado
de la presencia de un cuerpo de soporte que define un soporte para
el resorte antagonista contra el cual se detiene el movimiento de
abertura determinado por este resorte antagonista. El par motor
generado por el resorte antagonista es mayor que el par motor
generado por el resorte de retorno; por esta razón, cuando el motor
no está activado el árbol se dispone en la posición inicial flexible
y el propio motor tiene que generar entonces un par motor de
accionamiento respectivo tanto para llevar el árbol a la posición
de máxima abertura como para llevar el árbol a la posición
cerrada.
cerrada.
El documento US20020129791 describe un
dispositivo de regulación para un motor de combustión interna, en el
que, por un lado de la pared lateral de un cuerpo de regulación, se
forma un espacio para montar un mecanismo de engranaje de reducción
que transmite la potencia desde un motor al árbol de una válvula
reguladora y un mecanismo de ajuste de abertura por defecto para
mantener una válvula reguladora abierta a una abertura específica
(abertura por defecto) cuando el interruptor de ignición está
desconectado, y un marco de montaje de recubrimiento del engranaje
que bordea el espacio de montaje; el marco se forma por debajo del
nivel de montaje del mecanismo de engranaje de reducción. Un
recubrimiento de engranaje para recubrir el espacio de montaje del
engranaje se une sobre el marco; un retén para definir la abertura
por defecto y un retén para definir la posición totalmente cerrada
de la válvula reguladora se yuxtaponen para permitir los ajustes de
posición en la misma dirección. Estos retenes sirven para detener
una palanca de omisión y un engranaje de regulación, permitiendo de
esta manera disminuir el tamaño, reducir el peso, y racionalizar la
fabricación y los ajustes de un dispositivo de regulación
controlado electrónicamente.
La solución descrita anteriormente en la que la
posición inicial flexible se establece mediante dos resortes
espirales normalmente se usa en las válvulas de mariposa disponibles
en el mercado; sin embargo, esta solución tiene algunos
inconvenientes puesto que es muy voluminosa y es relativamente
compleja de montar y su montaje consume mucho tiempo.
El objeto de la presente invención es
proporcionar una válvula de mariposa controlada electrónicamente
provista con un resorte de hoja plana y un resorte de espiral para
establecer la posición inicial flexible que esté libre de los
inconvenientes descritos anteriormente y que es, en particular,
sencilla y económica de realizar.
La presente invención se refiere, por lo tanto,
a una válvula de mariposa controlada electrónicamente provista con
un resorte de hoja plana y un resorte de espiral para establecer la
posición inicial flexible como se muestra en las reivindicaciones
adjuntas.
La presente invención se describe a continuación
con referencia a los dibujos adjuntos que muestran una realización
no limitante de la misma, y en los que:
La Fig. 1 es una vista en perspectiva,
parcialmente despiezada y con algunas partes retiradas por claridad,
de una válvula de mariposa producida de acuerdo con el método de la
presente invención;
La Fig. 2 es una vista frontal, de tipo diagrama
de una cámara de un cuerpo de válvula de la válvula de mariposa de
la Fig. 1;
Las Figs. 3 y 4 son vistas en perspectiva, a una
escala ampliada, de un detalle de la válvula de mariposa de la Fig.
1;
La Fig. 5 es una vista en perspectiva despiezada
del detalle de las Figs. 3 y 4.
En la Fig. 1, se muestra una válvula de mariposa
controlada electrónicamente por un motor de combustión interna (no
mostrado) en su conjunto con 1; la válvula de mariposa 1 comprende
un cuerpo de válvula metálica 2 que alberga un motor eléctrico 3
(mostrado en la Fig. 2), un asiento de válvula 4 y un disco de
mariposa 5 (mostrado en forma de diagrama con líneas discontinuas)
que se engrana con el asiento de válvula 4 y se desplaza entre una
posición abierta y una posición cerrada bajo la acción del motor
eléctrico 3. Como se muestra en la Fig. 2, el disco de mariposa 5
está en particular enchavetado sobre un árbol metálico 6 que tiene
un eje longitudinal 7 para girar entre la posición abierta y la
posición cerrada bajo la acción del motor eléctrico 3 conectado a
este árbol 6 mediante una transmisión de engranajes 8 (mostrada en
la Fig. 2).
Como se muestra en la Fig. 2, el motor eléctrico
3 tiene un cuerpo cilíndrico que se dispone en un alojamiento
tubular 9 (mostrado en la Fig. 1) dispuesto a lo largo del asiento
de válvula 4 y se mantiene en una posición predeterminada dentro de
este alojamiento tubular 9 mediante una placa metálica 10; la placa
metálica 10 comprende un par de conectores eléctricos hembra 11 que
están conectados eléctricamente al motor eléctrico 3 y están
adaptados para engranarse mediante un par de conectores eléctricos
macho 12 respectivos (mostrados en la Fig. 1). Para asegurar que el
motor eléctrico 3 está asegurado correctamente al cuerpo de válvula
2, la placa 10 tiene tres proyecciones perforadas radialmente 13 a
través de las cuales se insertan los tornillos 14 respectivos para
unirse al cuerpo de válvula 2.
El motor eléctrico 3 comprende un árbol 15 que
termina en una rueda dentada 16 que está conectada mecánicamente al
árbol 6 mediante una rueda dentada intermedia 17 interpuesta entre
la rueda dentada 16 y un engranaje final 18 enchavetado sobre el
árbol 6. La rueda dentada 17 comprende un primer conjunto de dientes
19 acoplado a la rueda dentada 16 y un segundo conjunto de dientes
20 acoplado al engranaje final 18; el diámetro del primer conjunto
de dientes 19 difiere del diámetro del segundo conjunto de dientes
20 con el resultado de que la rueda dentada 17 tiene una proporción
de transmisión que no es unitaria. El engranaje final 18 está
formado por un cuerpo cilíndrico central sólido 21 enchavetado
sobre el árbol 6 y provisto con una porción de rueda de levas
circular 22 provista con un conjunto de dientes acoplado a la rueda
dentada 17. La transmisión de engranajes 8 en su conjunto, es decir
la rueda dentada 16, la rueda dentada 17 y el engranaje final 18
están hechos normalmente de materiales plásticos.
La transmisión de engranajes 8 y la placa 10 se
disponen en una cámara 23 del cuerpo de válvula 2 que está cerrado
por una cubierta desmontable 24 (mostrado en la Fig. 1) hecha a
partir de materiales plásticos.
Como se muestra en las Figs. 1 y 2, la válvula
de mariposa 1 comprende un detector de posición inductivo 25 de
tipo "sin contacto" que está acoplado al árbol 6 y está
adaptado para detectar la posición angular del árbol 6 y, por lo
tanto, del disco de mariposa 5 para permitir el control, en
retroalimentación, de la posición de este disco de mariposa 5. El
detector de posición 25 es del tipo descrito en la Solicitud de
Patente de Estados Unidos 6236199-B1 y comprende un
rotor 26 rígido con el árbol 6 y un estator 27 sostenido por la
cubierta 24 y dispuesto cuando está en funcionamiento para
orientarse hacia el rotor 26; el rotor se forma mediante un
bobinado metálico plano 28 que se cierra en cortocircuito, comprende
una serie de lóbulos 29 y está embebido en el cuerpo cilíndrico
central 21 del engranaje final 18. El bobinado metálico 28 está
preferiblemente parcialmente embebido en el cuerpo cilíndrico
central 21 del engranaje final 18 de manera que una superficie del
bobinado 28 orientada hacia el estator es sustancialmente coplanar
con una superficie externa del cuerpo cilíndrico 21. De acuerdo con
una realización diferente (no mostrada), el bobinado metálico 28
está completamente embebido en el cuerpo cilíndrico central 21 del
engranaje final 18. El estator 27 del detector de posición 25
comprende una base de soporte 30 que está conectada a una pared
interna 31 de la cubierta 24 mediante cuatro remaches de plástico
32.
Como se muestra en la Fig. 1, la cubierta 24
está provista con un conector eléctrico hembra 33 que comprende una
serie de contactos eléctricos (no mostrados en detalle): dos
contactos eléctricos están conectados a los conectores eléctricos
macho 12 adaptados para abastecer el motor eléctrico 3, mientras que
los otros cuatro contactos eléctricos están conectados al estator
27 del detector de posición 25; cuando la cubierta 24 se dispone en
contacto con el cuerpo de válvula 2 para cerrar la cámara 23, el
conector eléctrico hembra 33 se dispone por encima del alojamiento
tubular 9 del motor eléctrico 3.
Como se muestra en las Figs. 2, 3 y 4, se
proporciona un tornillo de marcha lenta 34, se adapta para evitar
el acuñamiento del disco de mariposa 5 y coopera con la porción de
rueda de levas circular 22 del engranaje final 18; cuando el árbol
6 es conducido por la acción del motor eléctrico 3 a la posición
cerrada, la rotación del árbol 6 no se detiene por el impacto entre
el disco de mariposa 5 y las paredes del cuerpo de válvula 4, sino
que se detiene por el impacto de la porción de rueda de levas
circular 22 del engranaje final 18 contra el tornillo de marcha
lenta 34. Esta solución es necesaria porque cualquier impacto entre
el disco de mariposa 5 y las paredes del cuerpo de válvula 4 podría
provocar el acuñamiento del disco de mariposa 5 con respecto a las
paredes del cuerpo de válvula 4 y, por lo tanto, el acuñamiento de
la válvula de mariposa 1. Durante la etapa de producción del cuerpo
de mariposa 1, la posición axial del tornillo de marcha lenta 34
puede ajustarse atornillando o desatornillando este tornillo de
marcha lenta 34 con respecto al cuerpo de válvula 4; la posición
del tornillo de marcha lenta 34 puede bloquearse entonces con
respecto al cuerpo de válvula 2 para evitar cualquier clase de
desplazamiento posterior (típicamente como resultado de las
vibraciones generadas en el uso del motor).
Como se muestra en la Fig. 4, la válvula de
mariposa 1 comprende un resorte de retorno 35 que es un resorte de
torsión espiral (es decir el resorte se deforma mediante un
desplazamiento circular que genera un par motor resistente) y
tiende a hacer girar el árbol 6 en la dirección contraria a las
agujas del reloj con referencia a la Fig. 4 (flecha C) con un
movimiento que tiende a conducir el disco de mariposa 5 hacia la
posición cerrada; la válvula de mariposa 1 comprende también un
resorte antagonista 36 que es un resorte de hoja plana y tiende a
hacer girar el árbol 6 en la dirección de las agujas del reloj con
referencia a la Fig. 3 (flecha O) con un movimiento que tiende a
conducir el disco de mariposa 5 hacia una posición abierta. El
resorte de retorno 35 genera un par motor más pequeño que el par
motor generado por el resorte antagonista 36 con el resultado de
que, en su conjunto, la combinación de los efectos del resorte de
retorno 35 y el resorte antagonista 36 tiende a hacer girar el
árbol 6 en una dirección de las agujas del reloj con referencia a la
Fig. 4 (flecha O) hacia una posición abierta del disco de mariposa
5.
La rotación en la dirección de las agujas del
reloj con referencia a la Fig. 4 (flecha O) hacia la posición
abierta del árbol 6 bajo la acción del resorte de retorno 35 y del
resorte antagonista 36 se detiene a una posición parcialmente
abierta o posición inicial flexible; de esta manera, en ausencia de
la acción del motor eléctrico 3, el árbol 6 (y, por lo tanto, el
disco de mariposa 5) se dispone en la posición inicial flexible.
Cuando el motor eléctrico 3 se acciona, el par motor de
accionamiento generado por este motor eléctrico 3 puede hacer girar
el árbol 6 (y, por lo tanto, el disco de mariposa 5) a una posición
completamente cerrada contra el par motor generado por el resorte
antagonista 36 y puede hacer girar el árbol 6 (y, por lo tanto, el
disco de mariposa 5) a una posición de máxima abertura contra el par
motor generado por el resorte de retorno 35. En particular, y como
se describe con detalle a continuación, la posición inicial flexible
se define mediante un cuerpo de soporte 37 que se proporciona sobre
el cuerpo de válvula 2.
El resorte de retorno 35 tiene un extremo 38
conectado mecánicamente a un miembro móvil cilíndrico 39 que se
monta coaxialmente e intermedio sobre el árbol 6, es decir, no hay
conexiones mecánicas directas entre el árbol 6 y el miembro 39. Un
extremo 40 del resorte de retorno 35 opuesto al extremo 38 se
conecta mecánicamente al engranaje final 18; el miembro móvil 39 se
proporciona con un asiento 41 adaptado para alojar el extremo 38
del resorte de retorno 35 y el engranaje final 18 se proporciona con
un asiento 42 adaptado para alojar el extremo 40 del resorte de
retorno 35.
El resorte antagonista 36 se monta sobre el
miembro móvil 39; en particular, un extremo 43 del resorte
antagonista 36 es rígido con el miembro móvil 39 y un extremo 44
del resorte antagonista 36 opuesto al extremo 43 está libre y
termina en una proyección 45 que se dispone de manera que se
superpone sobre la trayectoria seguida por una pared lateral 46 de
la porción de rueda de levas circular 22 del engranaje final 18.
El miembro móvil 39 comprende también una
proyección 47 que se proyecta radialmente desde este miembro móvil
39 para engranarse apoyándose contra el cuerpo de soporte 37 del
cuerpo de válvula 2 como se muestra en la Fig. 4.
En ausencia de la acción del motor eléctrico 3,
el par motor generado por el resorte de retorno 35 hace girar el
árbol 6 y, por lo tanto, al engranaje final 18 en una dirección
contraria a las agujas del reloj con referencia a la Fig. 4 (flecha
C) con un movimiento que tiende a conducir el disco de mariposa 5
hacia la posición cerrada; en un cierto punto, la pared lateral 46
de la porción de rueda de levas circular 22 del engranaje final 18
se apoya sobre la proyección 45 del resorte antagonista 36, como se
muestra en la Fig. 4, provocando que el resorte antagonista 36 y,
por lo tanto, el miembro móvil 39 giren en una dirección de las
agujas del reloj con referencia a la Fig. 4 (flecha C) hasta que la
proyección 47 del miembro móvil 39 se apoya sobre el cuerpo de
soporte 37 del cuerpo de válvula 2 como se muestra en la Fig. 4. En
este punto, la rotación posterior del árbol 6 y, por lo tanto, del
engranaje final 18 en la dirección contraria a las agujas del reloj
con respecto a Fig. 4 (flecha C) deforma el resorte antagonista 36
que, por retroalimentación, genera un par motor resistente que
equilibra el par motor generado por el resorte de retorno 35 y
provoca que el árbol 6 se detenga en la posición inicial
flexible.
En la realización mostrada en la Fig. 4, es
necesario modificar la posición del cuerpo de soporte 37 para
regular el valor del flujo de aire en la posición inicial flexible;
sin embargo, esta operación no es sencilla puesto que el cuerpo de
soporte 37 se obtiene directamente sobre el cuerpo de válvula 2.
De acuerdo con una realización alternativa (no
mostrada), el cuerpo de soporte 37 está formado por un tornillo de
soporte atornillado en el cuerpo de válvula 2; de esta manera, es
extremadamente sencillo regular el valor del flujo de aire en la
posición inicial flexible atornillando o desatornillando el tornillo
de soporte con respecto al cuerpo de válvula 2. Durante la etapa de
producción, la válvula de mariposa 1 se dispone en particular en
una estación de ensayo (conocida y no mostrada) en la que el valor
del flujo de aire en la posición inicial flexible se mide en tiempo
real; en estas condiciones, la posición axial del tornillo de
soporte 37 con respecto al cuerpo de válvula 2 se regula
atornillando o desatornillando el tornillo de soporte hasta que se
obtiene de forma precisa el valor deseado del flujo de aire en la
posición inicial flexible. Preferiblemente, una vez establecida la
posición axial del tornillo de soporte con respecto al cuerpo de
válvula 2, el tornillo de soporte se bloquea con respecto al cuerpo
de válvula 2 para evitar cualquier clase posterior de desplazamiento
(típicamente como resultado de las vibraciones generadas durante el
uso del motor).
Debe observarse que la unidad formada por el
árbol 6, el resorte de retorno 35 y el miembro móvil 39 provisto
con el resorte antagonista 36 puede ensamblarse previamente por
separado e insertarse mediante una operación de ensamblaje
sencilla, que puede automatizarse, en el cuerpo de válvula 2.
En comparación con la solución convencional en
la que los resortes de retorno y antagonista son ambos resortes
espirales, la solución para la válvula de mariposa 1 como se ha
descrito anteriormente en la que el resorte de retorno 35 es un
resorte de espiral y el resorte antagonista 36 es un resorte de hoja
plana tiene diversas ventajas ya que permite la reducción de
fricción y en volumen, es más fiable y hace posible reducir los
tiempos de montaje.
Claims (10)
1. Una válvula de mariposa controlada
electrónicamente (1) que comprende un cuerpo de válvula (2), un
asiento de válvula (4) formado en el cuerpo de válvula (2), un disco
de mariposa (5) adaptado para engranarse en el asiento de válvula
(4), un árbol (6) sobre el que se enchaveta el disco de mariposa
(5), un motor eléctrico (3) acoplado al árbol (6) mediante una
transmisión de engranajes (8) que tiene un engranaje final (18)
enchavetado sobre el árbol (6) para girar el disco de mariposa (5)
entre una posición de máxima abertura y una posición cerrada del
asiento de válvula (4), un resorte de espiral de retorno (35)
adaptado para hacer girar el disco de mariposa (5) hacia la
posición cerrada, y un resorte antagonista (36) adaptado para hacer
girar el disco de mariposa (5) hacia una posición parcialmente
abierta o una posición inicial flexible definida por un cuerpo de
soporte (37) contra la acción del resorte de retorno (35), estando
caracterizada la válvula de mariposa (1) porque el resorte
antagonista (36) es un resorte de hoja plana y se monta sobre un
miembro móvil (39) que se monta coaxialmente e intermedio sobre el
árbol (6) y tiene una proyección (47) adaptada para engranarse
apoyada contra el cuerpo de soporte (37), estando libre un extremo
(44) del resorte antagonista (36) y terminando en una proyección
(45) que se dispone para superponerse sobre la trayectoria seguida
por un miembro (46) rígido con el engranaje final (18).
2. Una válvula de mariposa (1) de acuerdo con la
reivindicación 1, en la que el engranaje final (18) está formado
por un cuerpo cilíndrico central sólido (21) enchavetado sobre el
árbol (6) y provisto con una porción de rueda de levas circular
(22) provista con un conjunto de dientes, estando dispuesta la
proyección (45) del resorte antagonista (36) de manera que se
superpone sobre la trayectoria seguida por una pared lateral (46)
de la porción de rueda de levas circular (22) del engranaje final
(18).
3. Una válvula de mariposa (1) de acuerdo con la
reivindicación 1 o 2, en la que la transmisión de engranajes (8)
comprende una primera rueda dentada (16) rígida con un árbol (15)
del motor eléctrico (3) y una segunda rueda dentada (17) que se
monta intermedia sobre el cuerpo de válvula (2) y se interpone entre
la primera rueda dentada (16) y el engranaje final (18).
4. Una válvula de mariposa (1) de acuerdo con la
reivindicación 3, en la que la segunda rueda dentada (17) tiene un
primer conjunto de dientes (19) acoplado a la primera rueda dentada
(16) y un segundo conjunto de dientes (20) acoplado al engranaje
final (18), siendo distinto el diámetro del primer conjunto de
dientes (19) del diámetro del segundo conjunto de dientes (20).
5. Una válvula de mariposa (1) de acuerdo con
una de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende un tornillo de
marcha lenta (34), cuya función es evitar el acuñamiento del disco
de mariposa (5), que está atornillado en el cuerpo de válvula (2) y
coopera con el engranaje final (18).
6. Una válvula de mariposa (1) de acuerdo con
una de las reivindicaciones 1 a 5, en la que el resorte de retorno
(35) tiene un primer extremo (38) conectado mecánicamente al miembro
móvil (39) y un segundo extremo (40) del resorte de retorno (35)
opuesto al extremo (38) conectado mecánicamente al engranaje final
(18).
7. Una válvula de mariposa (1) de acuerdo con la
reivindicación 6, en la que el miembro móvil (39) se proporciona
con un primer asiento (41) adaptado para albergar el primer extremo
(38) del resorte de retorno (35) y el engranaje final (18) se
proporciona con un segundo asiento (42) adaptado para albergar el
segundo extremo (40) del resorte de retorno (35).
8. Una válvula de mariposa de acuerdo con una de
las reivindicaciones 1 a 7, en la que la proyección (47) del
miembro móvil (39) se proyecta radialmente desde este miembro móvil
(39).
9. Una válvula de mariposa (1) de acuerdo con
una de las reivindicaciones 1 a 8, en la que el cuerpo de soporte
(37) se obtiene directamente en el cuerpo de válvula (2).
10. Una válvula de mariposa (1) de acuerdo con
una de las reivindicaciones 1 a 8, en la que el cuerpo de soporte
(37) está formado por un tornillo de soporte atornillado en el
cuerpo de válvula (2).
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